EP0212156B1 - Messschaltungsanordnung für einen elektrischen Messwertgeber - Google Patents
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- G01R15/005—Circuits for altering the indicating characteristic, e.g. making it non-linear
Definitions
- cooling water temperature of a motor vehicle internal combustion engine is to be monitored by the use of this sensor and the display instrument, it may be desirable not to display short-term fluctuations in the cooling water temperature during driving operation, since these also occur when the motor vehicle internal combustion engine is operating properly and can irritate the driver for no reason.
- the driver should be replaced by one as soon as possible large pointer deflection are warned when the cooling water temperature assumes values that indicate damage to the motor vehicle internal combustion engine.
- the present invention is therefore based on the object of developing a measuring circuit arrangement of the type described at the outset such that the most complete suppression of display fluctuations takes place in a central partial measuring range, while in a lower partial measuring range and in particular in an upper partial measuring range in which the measured values assume questionable values , a largely undamped display occurs.
- the driver should be informed as immediately as possible that the cooling water temperature is too low Values enters a normal middle partial measuring range, and above all a clear warning should be given if the middle partial measuring range is left because the cooling water temperature takes on too high values.
- the second differential amplifier normally receives a reference voltage at its + input, which corresponds to the division ratio of the resistors 11 and 12 connected in series.
- the tracking voltage generated by the first differential amplifier 7 and the transistor 4 is at an input of the second differential amplifier.
- This part essentially comprises a third differential amplifier 14, the output of which is also connected via a second diode 15 to the + input of the second differential amplifier. In addition, the output is fed back via a resistor 16 to the + input of this third differential amplifier.
- a voltage divider with resistors 17, 18 generates a reference voltage at an input of the third differential amplifier 14. The + input of this differential amplifier is acted upon by a second decoupling resistor 19 with the encoder voltage at the NTC resistor 1 - even if the clamping voltage is open acts the circuit part with the first differential amplifier.
- the circuit part with the first differential amplifier 9 operates again unaffected as described at the beginning. This means that the voltage on the display instrument jumps to the value to which it is tracked to the encoder voltage if there were no clamp circuit. In addition, the voltage on the display instrument is tracked in a manner unaffected by the clamping circuit, as long as the temperature in the upper measuring range is above 105 ° C.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Meßschaltungsanordnung für einen elektrischen Meßwertgeber nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Eine derartige Meßschaltungsanordnung ist aus der GB-A 1 578 535 bekannt.
- In bekannnten Meßschaltungsanordnungen ist ein Meßwertgeber, insbesondere ein NTC-Widerstand, zu einem Anzeigeinstrument in Reihe geschaltet an eine Betriebsspannungsquelle angeschlossen. Der NTC-Widerstand verursacht einen entsprechend der Umgebungstemperatur des NTC-Widerstands variablen Strom durch das Anzeigeinstrument, und zwar einen relativ großen Strom, wenn die Temperatur hoch ist. Mit dem Anzeigeinstrument erfolgt eine von dem Strom bzw. von der Geberspannung an dem NTC-Widerstand abhängige Anzeige als Zeigerausschlag.
- Wenn durch die Anwendung dieses Meßwertgebers und des Anzeigeinstruments die Kühlwassertemperatur eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors überwacht werden soll, kann es erwünscht sein, kurzfristige Schwankungen der Kühlwassertemperatur im Fahrbetrieb nicht anzuzeigen, da diese auch bei störungsfreiem Betrieb des Kraftfahrzeugverbrennungsmotors auftreten und den Fahrer ohne Grund irritieren können. Andererseits soll der Fahrer möglichst bald durch einen großen Zeigerausschlag gewarnt werden, wenn die Kühlwassertemperatur Werte annimmt, die eine Beschädigung des Kraftfahrzeugverbrennungsmotors befürchten lassen.
- Um unerwünschte Schwankungen der Anzeige des Anzeigeinstruments abzuschwächen, kann daran gedacht werden, eine verhältnismäßig große Dämpfung des Anzeigeinstruments selbst oder in der Meßschaltungsanordnung, in der das Anzeigeinstrument angeordnet ist, vorzusehen. Beispielsweise weisen die üblicherweise zur Kühlwassertemperaturüberwachung verwendeten Bimetallanzeigeinstrumente bereits eine nennenswerte Dämpfung auf, die jedoch noch nicht ausreicht, um die beschriebenen starken kurzfristigen Schwankungen in einem normalen Temperaturbereich genügend stark zu unterdrücken. Wenn die Dämpfung verstärkt werden soll, kann dies nicht nur einen erhöhten Aufwand für Energiespeicher in der Meßschaltungsanordnung verursachen, sondern vor allem auch dann einen stark verzögerten Zeigerausschlag bewirken, wenn es darauf ankommt, unzulässig hohe Kühlwassertemperaturen rasch und deutlich anzuzeigen.
- Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Meßschaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Gattung so weiterzubilden, daß in einem mittleren Teilmeßbereich eine möglichst vollständige Unterdrückung von Anzeigeschwankungen erfolgt, während in einem unteren Teilmeßbereich und insbesondere in einem oberen Teilmeßbereich, in dem die Meßwerte bedenkliche Werte annehmen, eine weitgehend ungedämpfte Anzeige erfolgt. Insbesondere bei der Anwendung der Meßschaltungsanordnung zur Kühlwassertemperaturüberwachung von Kraftfahrzeugverbrennungsmotoren soll also der Fahrer möglichst unmittelbar darüber unterrichtet werden, daß die Kühlwassertemperatur von zu niedrigen Werten in einen normalen mittleren Teilmeßbereich einläuft, und vor allem soll eine deutliche Warnung erfolgen, wenn der mittlere Teilmeßbereich verlassen wird, weil die Kühlwassertemperatur zu hohe Werte annimmt.
- Diese Aufgabe wird durch die Ausbildung der gattungsgemäßen Meßschaltungsanordnung mit den in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
- Erfindungsgemäß wird also keine weitere Verzögerung und verstärkte Mittelwertbildung der Geberspannung oder einer dieser Geberspannung nachgeführten Spannung vorgesehen, die eine trägere Anzeige hervorrufen würde. Vielmehr unterdrückt die Meßschaltungsanordnung in dem mittleren Teil-Meßbereich die Anzeige des aktuellen Meßwerts und der ihm entsprechenden Spannung und bewirkt statt dessen einen konstanten Zeigerausschlag. Dieser entspricht dem Meßwert bei der ersten Grenz-Geberspannung, bei der der untere Teil-Meßbereich in den mittleren Teil-Meßbereich übergeht. Von dem weiteren zeitlichen Verlauf der Geberspannung ist dann die Anzeige in dem mittleren Teil-Meßbereich unabhängig. Der Beobachter des Anzeigeinstruments stellt also in dem mittleren Teil-Meßbereich lediglich fest, daß der überwachte Betriebszustand in Ordnung ist und macht sich keine unnötigen Gedanken über belanglose Schwankungen. Erst wenn der Meßwert den oberen Teil-Meßbereich erreicht, und zwar wenn die zweite Grenz-Geberspannung erreicht wird, erfolgt wieder eine Anzeige der aktuellen Meßwerte. Da diese Anzeige ohne zusätzliche Verzögerung erfolgt, kann der Beobachter des Anzeigeinstruments zuverlässig gewarnt werden und über den kritischen Meßwertverlauf unterrichtet gehalten werden. Eine zusätzliche augenfällige Warnung tritt dadurch ein, daß die Anzeige beim Passieren der zweiten Grenz-Geberspannung sprunghaft den neuen Wert in dem oberen Teil-Meßwertbereich anzeigt, also eine deutlich sichtbare Veränderung der Anzeige bewirkt wird. Es wird daher auch ein wenig aufmerksamer oder abgelenkter Beobachter zuverlässig gewarnt.
- Bei der Verwendung der Meßschaltungsanordnung zur Kühlwassertemperaturüberwachung kann der mittlere Teil-Meßbereich sich vorteilhaft von etwa 80° C bis 105° C erstrecken. Bei 80° C tritt also die erste Grenz-Geberspannung auf und bei 105° C die zweite Grenz-Geberspannung. Bei der Verwendung eines NTC-Widerstands als Meßgeber ist somit die erste Grenz-Geberspannung relativ groß und die zweite Grenz-Geberspannung relativ klein. Dem entsprechen umgekehrt eine relativ kleine nachgeführte Spannung bzw. eine relativ große nachgeführte Spannung an dem Anzeigeinstrument, da der NTC-Widerstand in Reihe zu einem Ersatzwiderstand-gleich dem Widerstand des Anzeigeinstruments-liegend an die Betriebsspannungsquelle angeschlossen ist.
- Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht auch darin, daß keine aufwendigen Speicher zur Mittelwertbildung der Geberspannung vorzusehen sind.
- Die Meßschaltungsanordnung kann wenig aufwendig mit drei Komparatoren nach Anspruch 2 aufgebaut werden. Dabei dient die Geberspannung zur Ansteuerung des ersten Komparators, um mit diesem über einen nachgeschalteten Transistor einen Spannungsabfall in Reihe zu dem Anzeigeinstrument zu erzeugen, der gleich der Geberspannung ist. Dieser Spannungsabfall stellt also eine der Geberspannung nachgeführte Spannung dar. Der zweite Komparator bildet die Klemmspannung, wenn eine erste vorgegebene Grenz-Geberspannung überschritten wird. Mit dem dritten Komparator wird beim Überschreiten einer zweiten Grenz-Geberspannung der zweite Komparator unwirksam geschaltet, so daß die Klemmspannung entfällt und der erste Komparator wieder eine der Geberspannung nachgeführte Spannung erzeugt.
- Mit dieser Schaltungsanordnung, zu der weitere vorteilhafte Einzelheiten in Anspruch 3 angegeben sind, kann der mittlere Teil-Meßbereich, in dem die Anzeige entsprechend der Klemmspannung konstant gehalten wird, weitgehend unabhängig von Schwankungen der Umgebungstemperatur exakt festgelegt werden. Die vorgesehenen Dioden dienen zur Entkopplung des zweiten Komparators und des dritten Komparators von dem ersten bzw. zweiten Komparator, bestimmen aber nicht die Grenzen des mittleren Teil-Meßbereichs.
- Die Grenzen des mittleren Teil-Meßbereichs werden vielmehr durch die Referenzspannung bzw. die Vergleichsspannung festgelegt, die in unkomplizierter Weise nach Anspruch 5 erzeugt werden.
- Indem der Ersatzwiderstand in der Reihenschaltung mit dem Meßwertgeber von dem Widerstandswert des Anzeigeinstruments, den er in der Reihenschaltung ersetzen soll, abweicht, kann die nachgeführte Spannung gegenüber der Geberspannung um einen konstanten Faktor verändert werden. Die Wahl des Ersatzwiderstands läßt also eine Einstellung der Anzeige außerhalb des mittleren Teil-Meßbereichs zu, indem die Anzeige konstant ist.
- Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung mit zwei Figuren erläutert. Es zeigen:
- Figur 1
- ein Schaltbild der Meßschaltungsanordnung und
- Figur 2
- die mit der Schaltungsanordnung erzielte Anzeigecharakteristik des Anzeigeinstruments, nämlich des Skalenwinkels in Abhängigkeit von der Temperatur, die mit einem NTC-Widerstand erfaßt wird.
- In der Schaltungsanordnung in Figur 1 ist der NTC-Widerstand, der zur Kühlwassertemperaturmessung vorgesehen ist, mit 1 bezeichnet. Er stellt den Meßgeber dar und liegt in Reihe zu einem Ersatzwiderstand 2 eines Anzeigeinstruments 3. Das Anzeigeinstrument ist als Bimetallanzeigeinstrument ausgebildet.
- In Reihe zu dem Anzeigeinstrument 3 ist eine Emitter-Kollektorstrecke eines Transistors 4 angeordnet, zu der wiederum ein Vorwiderstand 5 in Serie geschaltet ist. Der Vorwiderstand bewirkt u.a. einen Schutz des Transistors 4 und des Anzeigeinstruments 3, wenn an dem NTC-Widerstand oder dessen Zuleitungen ein Kurzschluß auftritt.
- Die Basis des Transistors 4 wird über einen Koppelwiderstand 6 von einem Ausgang eines ersten Differenzverstärkers 7 angesteuert. Ein +Eingang des Differenzverstärkers 7 steht über einen Entkopplungswiderstand 8 mit dem NTC-Widerstand 1 in Verbindung. Ein -Eingang ist direkt an den Emitter des Transistors 4 angeschlossen.
- Die Schaltungsanordnung wird durch eine Betriebsspannungsquelle gespeist, die an einer Klemme 9 sowie an einer Masseverbindung anliegt.
- Der bisher beschriebene Schaltungsteil mit dem ersten Differenzverstärker wirkt in der Weise, daß der Geberspannung an dem NTC-Widerstand die Spannung nachgeführt wird, die an dem Emitter des Transistors gegenüber Masse abfällt. Wenn der Ersatzwiderstand 2 gleich dem Innenwiderstand des Anzeigeinstruments 3 gewählt ist, fließt daher durch das Anzeigeinstrument ein gleichhoher Strom wie durch den Ersatzwiderstand und den NTC-Widerstand. Das bedeutet, daß in diesem betrachteten ersten Teil-Meßbereich, der in Figur 2 bis 80° C verläuft, der Zeigerausschlag in gleicher Weise erfolgt, als ob das Anzeigeinstrument in üblicher Weise in Reihe zu dem NTC-Widerstand geschaltet ist.
- Oberhalb dieser Temperatur von 80° C wird jedoch mit einem zweiten Differenzverstärker 10 in den zuvor beschriebenen Schaltungsteil eingegriffen:
- Der zweite Differenzverstärker erhält normalerweise an seinem +Eingang eine Referenzspannung, die dem Teilerverhältnis der in Reihe geschalteten Widerstände 11 und 12 entspricht. An einem -Eingang des zweiten Differenzverstärkers liegt die von dem ersten Differenzverstärker 7 und dem Transistor 4 erzeugte nachgeführte Spannung.
- Das Teilerverhältnis der Widerstände 11 und 12 ist so eingestellt, daß die Spannung an dem +Eingang des zweiten Differenzverstärkers 10 gleich der nachgeführten Spannung an dem Emitter des Transistors 4 ist, wenn die Temperatur von 80° C an dem NTC-Widerstand 1 erreicht und überschritten wird. Beim Überschreiten dieser Temperatur wird die nachgeführte Spannung an dem -Eingang des zweiten Differenzverstärkers kleiner als die Referenzspannung an dessen +Eingang. Die Ausgangsspannung des zweiten Differenzverstärkers 10 wird über eine jetzt in Durchflußrichtung beanspruchte Diode 13 dem +Eingang des ersten Differenzverstärkers 7 aufgedrückt. Dies bedeutet, daß diese Klemmspannung an dem +Eingang eine entsprechend nachgeführte Spannung an dem Anzeigeinstrument erzeugt, solange die Geberspannung an dem NTC-Widerstand 1 kleiner als die Referenzspannung an dem +Eingang des zweiten Differenzverstärkers ist und solange kein noch zu beschreibender zusätzlicher Schaltungsteil wirksam wird. Diese Bedingungen sind in dem mittleren Teilmeßbereich zwischen 80° C und 105° C in Figur 2 erfüllt, die demgemäß eine konstante Anzeige in diesem Teil-Meßbereich darstellt.
- Überschreitet die Temperatur in dem NTC-Widerstand 1 105° C, so wird ein weiterer Teil der Meßschaltungsanordung aktiviert: Dieser Teil umfaßt im wesentlichen einen dritten Differenzverstärker 14, dessen Ausgang über eine zweite Diode 15 ebenfalls mit dem +Eingang des zweiten Differenzverstärkers verbunden ist. Außerdem ist der Ausgang über einen Widerstand 16 zu dem +Eingang dieses dritten Differenzverstärkers rückgekoppelt. Ein Spannungsteiler mit Widerständen 17, 18 erzeugt durch Unterteilung der Betriebsspannung eine Vergleichsspannung an einem -Eingang des dritten Differenzverstärkers 14. Der +Eingang dieses Differenzverstärkers wird über einen zweiten Entkopplungswiderstand 19 mit der Geberspannung an dem NTC-Widerstand 1 beaufschlagt - auch wenn die Klemmspannung auf den Schaltungsteil mit dem ersten Differenzverstärker einwirkt.
- Bei einer Geberspannung, die bei Temperaturen unter 105° C gegenüber der Vergleichsspannung an dem -Eingang des dritten Differenzverstärkers 14 verhältnismäßig groß ist, entsteht an dem Ausgang dieses Differenzverstärkers ein hohes Potential, durch welches die Diode 15 sperrt. Die Schaltungsanordnung mit dem ersten Differenzverstärker und mit dem zweiten Differenzverstärker arbeitet also wie oben beschrieben unbeeinflußt von dem dritten Differenzverstärker.
- Sobald jedoch die Temperatur in dem NTC-Widerstand 105° C überschreitet und dementsprechend die Geberspannung unter die Vergleichsspannung sinkt, wird das Potential an dem Ausgang des dritten Differenzverstärkers annähernd Null und die Diode 15 leitet, dabei das Potential an dem +Eingang des zweiten Differenzverstärkers 10 ebenfalls auf annähernd Null ziehend. Dadurch sinkt das Potential an dem Ausgang des zweiten Differenzverstärkers so ab, daß die Diode 13 sperrt, d.h. die Klemmspannung verschwindet. Der Schaltungsteil mit dem ersten Differenzverstärker 9 arbeitet wieder unbeeinflußt wie eingangs beschrieben. Dies bedeutet, daß die Spannung an dem Anzeigeinstrument sprunghaft auf den Wert steigt, auf den sie der Geberspannung nachgeführt wird, wenn keine Klemmschaltung vorhanden wäre. Darüber hinaus erfolgt die Nachführung der Spannung an dem Anzeigeinstrument in einer von der Klemmschaltung unbeeinflußten Weise, solange sich die Temperatur in dem oberen Teil-Meßbereich oberhalb 105° C bewegt.
Claims (6)
- Meßschaltungsanordnung für einen elektrischen Meßwertgeber und ein Anzeigeinstrument, welches eine von einer Geberspannung des Meßwertgebers abhängige Anzeige hat, mit Mitteln zum Unterdrücken von Anzeigeschwankungen in einem mittleren Teil-Meßbereich des Anzeigeinstruments, insbesondere zur Kühlwassertemperaturüberwachung von Kraftfahrzeugverbrennungsmotoren mit einem Bimetallanzeigeinstrument und einem NTC-Widerstand als Meßwertgeber, wobei die Meßschaltungsanordnung eine Klemmschaltung (10 - 19) aufweist, die das Anzeigeinstrument (3) in einem unteren Teil-Meßbereich (z.B. bis 80° C) bis zu einer ersten Grenz-Geberspannung mit einer in Abhängigkeit von der Geberspannung nachgeführten Spannung beaufschlagen läßt, die das Anzeigeinstrument in einem mittleren Teil- Meßbereich (z.B. bis 80° C bis 105° C) zwischen der ersten Grenz-Geberspannung und einer zweiten Grenz-Geberspannung mit einer konstanten Spannung (Klemmspannung) speist, und die das Anzeigeinstrument in einem oberen Teil-Meßbereich (z.B. über 105° C) mit einer in Abhängigkeit von der Geberspannung nachgeführten Spannung beaufschlagen läßt, wobei sich die Spannung an dem Anzeigeinstrument sprunghaft ändert, wenn die zweite Grenz-Geberspannung (z.B. bei 105° C) überschritten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die konstante Spannung am Anzeigeinstrument im mittleren Teil-Meßbereich gleich der bei der ersten Grenz-Geberspannung an dem Anzeigeinstrument liegenden Spannung ist.
- Meßschaltungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein erster Komparator (Differenzverstärker 7) vorgesehen ist, in dem die Geberspannung mit der nachgeführten Spannung verglichen wird, die an einem gesteuerten Halbleiter Bauelement (Transistor 4) zu einem festen Bezugspotential (Massepotential) auftritt, daß die Klemmschaltung (10 - 19) einen zweiten Komparator (zweiter Differenzverstärker 10) umfaßt, in dem die Geberspannung mit einer auf die erste Grenz-Geberspannung eingestellten Referenzspannung verglichen wird und der den ersten Komparator (erster Differenzverstärker 7) mit einer innerhalb des mittleren Teil-Meßbereichs auf den Wert der ersten Grenz-Meßspannung festgehaltenen Klemmspannung anstatt der Geberspannung beaufschlagt,und daß ein dritter Komparator (Differenzverstärker 14) ebenfalls Teil der Klemmschaltung ist, in dem die Geberspannung mit einer auf die zweite Grenz-Meßspannung eingestellten Vergleichsspannung verglichen wird und der in dem oberen Teil-Meßbereich die Klemmspannung von dem ersten Komparator (erster Differenzverstärker 7) abschaltet. - Meßschaltungsanordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Eingang des ersten Komparators (erster Differenzverstärker 7) mit der Geberspannung über einen Entkopplungswiderstand (8) beaufschlagt wird und zur Aufschaltung der Klemmspannung über eine erste Diode (13) mit einem Ausgang des zweiten Komparators (zweiter Differenzverstärker 10) gekoppelt ist und daß der mit der Referenzspannung beaufschlagte Eingang des zweiten Komparators (zweiter Differenzverstärker 10) über eine zweite Diode (15) mit einem Ausgang des dritten Komparators (dritter Differenzverstärker 14) zur Abschaltung der Klemmspannung von dem ersten Komparator (erster Differenzverstärker 7) gekoppelt ist. - Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Komparator einen Differenzverstärker (7 bzw. 10 bzw. 14) aufweist. - Meßschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Referenzspannung an einem Eingang des zweiten Komparators (zweiter Differenzverstärker 10) und die Vergleichsspannung an einem Eingang des dritten Komparators (dritter Differenzverstärker 14) durch je einen Spannungsteiler (11, 12 bzw. 17, 18) gebildet werden. - Meßschaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Meßwertgeber (NTC-Widerstand 1) in Reihe zu einem Ersatzwiderstand (2) geschaltet ist, dessen Widerstandswert zur Einstellung der Anzeigecharakteristik gleich dem Innenwiderstand des Anzeigeinstruments (3) oder davon abweichend gewählt ist.
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